(57)【要約】【課題】  熱媒体の加熱に対する消費エネルギーを抑えると共に、熱媒体の加熱に伴う騒音発生を抑え、加熱した被熱交換体を必要に応じて迅速、且つ連続的に供給することができる減圧式熱交換装置及び減圧式熱交換装置における加熱制御方法を提供する。【解決手段】  液状の熱媒体を収容するタンクと、熱媒体を加熱する加熱装置と、タンク内に形成される減圧空間に内装され被熱交換体を熱交換する熱交換部とを備えた減圧式熱交換装置において、前記加熱装置は、液面を含む上部領域の熱媒体を加熱する第一ヒータと、第一ヒータの対流領域より下方領域の熱媒体を加熱する第二ヒータとを備え、第二ヒータは、第一ヒータが熱媒体を加熱して熱媒体の温度が所定温度になった状態で、下方領域の熱媒体の加熱を開始するように設定されてなることを特徴とする。【選択図】図１
2005326064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の熱媒体を収容するタンクと、該タンク内の熱媒体を加熱する加熱装置と、熱媒体の液面を境にして前記タンク内に形成される減圧空間に内装され、一次側から供給される液状の被熱交換体を熱交換して二次側に送り出す熱交換部とを備えた減圧式熱交換装置において、前記加熱装置は、熱媒体に浸漬するように配置されて液面を含む上部領域の熱媒体を加熱する第一ヒータと、該第一ヒータの加熱による熱媒体の対流領域よりも下方で熱媒体に浸漬するように配置されて前記対流領域より下方領域の熱媒体を加熱する第二ヒータとを備え、第二ヒータは、第一ヒータが熱媒体を加熱して熱媒体の温度が所定温度になった状態で、下方領域の熱媒体の加熱を開始するように設定されてなることを特徴とする減圧式熱交換装置。
【請求項２】
減圧空間内の気体温度及び対流領域の熱媒体の少なくとも何れか一方の温度を計測する温度検出手段を備え、前記第二ヒータは、温度検出手段の検出結果が予め設定した温度以上になった状態で、熱媒体の加熱を開始するように設定されてなる請求項１記載の減圧式熱交換装置。
【請求項３】
対流領域と下方領域との境界近傍に、対流領域の熱媒体の温度を測定する第一温度検出手段と、下方領域の熱媒体の温度を測定する第二温度検出手段とを備え、第二ヒータは、第一温度検出手段及び第二温度検出手段の検知結果から得られる対流領域の熱媒体及び下方領域の熱媒体の温度差が予め設定した温度差以上になった状態で、熱媒体の加熱を開始するように設定されてなる請求項１記載の減圧式熱交換装置。
【請求項４】
減圧空間内の圧力を計測する圧力検出手段を備え、第二ヒータは、圧力検出手段の検知結果が予め設定した圧力以上になった状態で、熱媒体の加熱を開始するように設定されてなる請求項１記載の減圧式熱交換装置。
【請求項５】
液状の熱媒体を収容するタンクと、該タンク内の熱媒体を加熱する加熱装置と、熱媒体の液面を境にして前記タンク内に形成される減圧空間に内装され、一次側から供給される液状の被熱交換体を熱交換して二次側に送り出す熱交換部とを備えた減圧式熱交換装置における加熱制御方法であって、熱媒体に浸漬された加熱装置の第一ヒータで液面を含む上部領域の熱媒体を所定温度まで加熱した後、該第一ヒータで加熱された熱媒体の対流領域よりも下方領域の熱媒体を、第一ヒータよりも下方で熱媒体に浸漬された加熱装置の第二ヒータで加熱するようにしたことを特徴とする減圧式熱交換装置における加熱制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次側から供給される液状の被熱交換体を加熱して二次側へ供給する熱交換装置に関する。より詳しくは、液状の熱媒体を収容するタンクと、該タンク内の熱媒体を加熱する加熱装置と、熱媒体の液面を境にして前記タンク内に形成される減圧空間に内装され、一次側から供給させる液状の被熱交換体を熱交換して二次側に送り出す熱交換部とを備えた減圧式熱交換装置、及び減圧式熱交換装置における加熱制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水や油等の液状の被熱交換体を加熱する熱交換装置は、種々のものが提供されている。かかる熱交換装置の一つとして、図１２に示す如く、液状の熱媒体Ｗｍ（例えば、水）を収容するタンク１００と、該タンク１００内の熱媒体Ｗｍを加熱する加熱装置１１０と、熱媒体Ｗｍの液面ＷＬを境にして前記タンク１００内に形成される減圧された空間Ａに内装され、一次側から供給される液状の被熱交換体Ｌｃ（例えば、水）に対して熱交換し、加熱された被熱交換体Ｌｈ（温水）を二次側に排出（供給）する熱交換部１２０とを備えた減圧式熱交換装置がある。
【０００３】
前記加熱装置１１０は、電気ヒータ等で構成されてタンク１００の底側に設けられている。これにより、加熱装置１１０で加熱された熱媒体Ｗｍをタンク１００内で対流させ、タンク１００内の熱媒体Ｗｍ全体を加熱できるように構成されている。
【０００４】
前記熱交換部１２０は、減圧空間Ａに内装されることで、熱伝導率が大気圧下に比して高効率になっており、熱媒体Ｗｍから放散される熱が効率的に伝達されて一次側から二次側に向けて流通する被熱交換体Ｌｃを極めて短時間で加熱できるようになっている。
【０００５】
これにより、該減圧式熱交換装置は、加熱された被熱交換体Ｌｈを供給量に制限されることなく連続的に供給することができるようになっている。また、該減圧式熱交換装置は、熱交換部１２０が一次側から二次側に向けて被熱交換体Ｌｃを流通させるように構成されているので、二次側における被熱交換体Ｌｈの圧力低下が殆どなく、十分な排出圧力が確保される。このため、該減圧式熱交換装置は、家庭用電気温水器を初めとする多岐に亘る分野で採用されている。
【０００６】
ところで、かかる減圧式熱交換装置には、タンク１００の保温性を高めると共に熱媒体Ｗｍの貯留量をできるだけ多くし、蓄熱量を多くしたものがある。かかる減圧式熱交換装置は、蓄熱量を多くすることで、加熱装置１１０を連続的に駆動しなくても、熱媒体Ｗｍの蓄熱で被熱交換体Ｌｃに対する熱交換を行うことができ、省エネルギー化を達成している。
【０００７】
しかしながら、上述の如く、熱媒体Ｗｍを大量に貯留するようにすると、該熱媒体Ｗｍ全体を所定温度まで加熱するのに長時間を要するため、加熱装置１１０による加熱を一旦停止し、熱媒体Ｗｍの温度が低下すると、熱媒体Ｗｍを所定温度にまで再加熱するのに長時間を要し、緊急時等において短時間で被熱交換体Ｌｃを加熱して二次側へ排出することが困難である。
【０００８】
また、上記構成の減圧式熱交換装置は、熱媒体Ｗｍの液面ＷＬを境にして形成された空間Ａが減圧（略真空）状態であるため、熱媒体Ｗｍが略飽和状態にあり、加熱装置１１０で熱媒体Ｗｍを加熱した際に、該加熱装置１１０に接した熱媒体Ｗｍ（直接加熱される熱媒体Ｗｍ）から蒸気が充満した気泡が発生する。そうすると、気泡内の温度と周辺の熱媒体Ｗｍの温度とは大きな温度差があるため、気泡内の熱量が熱媒体Ｗｍに急激に奪われ、気泡が一気に崩壊してしまう。このため、気泡の急激な崩壊に伴う大きな衝撃波（衝撃エネルギー）が発生し、金属音の如き騒音が発生してしまうといった問題がある。
【０００９】
そこで、加熱装置１１０（ヒータ）の加熱表面や、配置等に種々の工夫を凝らし、気泡崩壊に伴う衝撃エネルギーを小さくして騒音の発生を抑制した減圧式熱交換装置（減圧式電気温水器）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３２９４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の減圧式電気温水器は、騒音についての配慮はなされているものの、その他の構成については従来の減圧式熱交換装置と同様であるため、省エネルギー化の観点より、上述の如く熱媒体Ｗｍを大量に貯留するように構成すると、熱媒体Ｗｍの再加熱に長時間を要し、従来の減圧式熱交換装置と同様、短時間で加熱した被熱交換体Ｌｈを二次側に排出（供給）することができないといった問題は改善されていない。
【００１１】
このため、従来の減圧式熱交換装置及び特許文献１の減圧式熱交換装置の何れにおいても、昼夜問わずに加熱された被熱交換体Ｌｈが必要とされる家庭用温水器として採用される場合、必要なときに必要な量で所定温度にまで加熱した被熱交換体Ｌｈ（温水）を供給できないといった極めて重大な問題を抱えている。さらに、従来の減圧式熱交換装置においては、騒音が発生すると近隣に対して迷惑になるため、深夜に熱媒体Ｗｍを加熱して被熱交換体Ｌｈを供給することができないといった問題もある。
【００１２】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、熱媒体の加熱に対する消費エネルギーを抑えると共に、熱媒体の加熱に伴う騒音発生を抑え、加熱した被熱交換体を必要に応じて迅速、且つ連続的に供給することができる減圧式熱交換装置及び減圧式熱交換装置における加熱制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る減圧式熱交換装置は、液状の熱媒体を収容するタンクと、該タンク内の熱媒体を加熱する加熱装置と、熱媒体の液面を境にして前記タンク内に形成される減圧空間に内装され、一次側から供給される液状の被熱交換体を熱交換して二次側に送り出す熱交換部とを備えた減圧式熱交換装置において、前記加熱装置は、熱媒体に浸漬するように配置されて液面を含む上部領域の熱媒体を加熱する第一ヒータと、該第一ヒータの加熱による熱媒体の対流領域よりも下方で熱媒体に浸漬するように配置されて前記対流領域より下方領域の熱媒体を加熱する第二ヒータとを備え、第二ヒータは、第一ヒータが熱媒体を加熱して熱媒体の温度が所定温度になった状態で、下方領域の熱媒体の加熱を開始するように設定されてなることを特徴とする。
【００１４】
上記構成の減圧式熱交換装置によれば、第一ヒータで上部領域の熱媒体を加熱すると、第一ヒータの周辺の熱媒体に対流が発生し、温度上昇に伴ってその対流する領域（対流領域）の範囲が広がることになる。そして、熱媒体が所定温度になると、熱媒体の対流領域は、第一ヒータの熱流束及びタンクの容量（例えば、内径）に相関関係のある範囲で留まり、タンク内の熱媒体には、所定温度に加熱された対流領域（加熱領域）が形成されると共に、該対流領域の下方に第一ヒータの加熱に影響を受けていない下方領域（非加熱領域）が形成されることになる。そうすると、対流領域の熱が液面を介して減圧空間に放散されることになり、この熱の放散に伴って熱交換部が加熱され、熱交換部を一次側から二次側に向けて流通する被熱交換体が、圧力低下を生じさせることなく熱交換されることになる。
【００１５】
従って、タンク内の熱媒体全体を加熱することなく液面を含んだ上部領域の熱媒体のみが加熱されるので、第一ヒータでの消費エネルギーを抑えることができると共に、短時間の加熱で熱媒体を所定温度まで加熱して被熱交換体に対する熱交換可能な状態にすることができる。また、第一ヒータは、液面を含む上部領域の熱媒体を加熱するように熱媒体に浸漬されているので、加熱時に発生する気泡の崩壊速度が遅くなる物理的条件下にあり、気泡崩壊に伴う騒音の発生を防止することができる。即ち、減圧式熱交換装置は、第一ヒータで上部領域の熱媒体を加熱するように構成されているので、第一ヒータが熱媒体に浸漬されていても、熱媒体による圧力作用の小さい位置で該熱媒体が加熱することになる。これにより、熱媒体の飽和温度の上昇が抑えられて伝熱面サブクール度が小さくなって気泡が凝縮しにくくなるため、該気泡の崩壊速度が遅くなり、気泡崩壊に伴う衝撃エネルギーを小さくして騒音発生を抑制することができる。
【００１６】
さらに、該減圧式熱交換装置は、上述の如く、第一ヒータで熱媒体を所定温度まで加熱した状態で、第二ヒータが下方領域の熱媒体に対する加熱を開始する。そうすると、前記対流領域及び下方領域の熱媒体が一体的に対流し、第一ヒータで加熱された熱媒体の量よりも多い熱媒体が加熱されることになる。つまり、第二ヒータは、対流領域よりも下方領域で熱媒体を加熱するように配置されているので、該第二ヒータの加熱による対流は、加熱位置から下方に向けて対流する範囲よりも、加熱位置から上方に向けて対流する範囲の方が極めて広くなり、当該対流は第一ヒータの加熱により形成された対流領域にも及ぶことになる。このため、大量の熱媒体が加熱されることになり、熱媒体に大量の熱エネルギーを蓄えることができ、第一及び第二ヒータによる加熱を停止しても、熱媒体の蓄熱で被熱交換体に対する熱交換を行うことができる。また、第二ヒータで熱媒体を加熱する際には、上部領域の熱媒体が既に所定温度にまで加熱されているので、第二ヒータにおいても大量の熱媒体を常温から所定温度まで加熱することがなく、熱媒体に対する加熱における消費エネルギーを抑えることができる。
【００１７】
また、第二ヒータで熱媒体の加熱を開始するときには、既に第一ヒータの加熱によって、対流領域が所定温度まで加熱されると共に、熱媒体の熱放散で減圧空間の圧力が上昇している傾向にあるため、第二ヒータで熱媒体を加熱して気泡が発生しても、その気泡の崩壊速度が遅くなり、気泡崩壊による衝撃波が小さく或いはなくなることになる。これにより、気泡崩壊による騒音を抑えた上で、タンク内の熱媒体全体が加熱されることになる。つまり、該減圧式熱交換装置は、第一ヒータで液面を含む上部領域の熱媒体を加熱し、その液面を含んだ対流領域（加熱領域）を加熱して減圧空間の温度及び圧力を上昇させることで、減圧空間の圧力を熱媒体に作用させて飽和状態を抑え、下方領域を第二ヒータで加熱する際の気泡の崩壊速度が低下する物理的環境を形成して騒音の発生を抑制するように構成されている。
【００１８】
従って、上記構成の減圧式熱交換装置は、緊急時であっても騒音発生を抑制した上で、短時間で被熱交換体（水）を加熱状態にし、該被熱交換体を圧力低下させずに連続供給することができ、緊急時以外の通常時においては、騒音の発生を抑えた上で熱媒体に蓄熱し、ヒータにより加熱を行わなくてもその熱媒体に蓄えた熱で被熱交換体に対する熱交換を行うことができるので、例えば、低価格に設定された深夜電力を主として活用すると共に緊急時に通常価格の昼夜電力を併用することが推奨される家庭用電気温水器等に採用するのに最適である。
【００１９】
本発明の一態様として、減圧空間内の気体温度及び対流領域の熱媒体の少なくとも何れか一方の温度を計測する温度検出手段を備え、前記第二ヒータは、温度検出手段の検出結果が予め設定した温度以上になった状態で、熱媒体の加熱を開始するように設定されてもよい。このようにすれば、第二ヒータの加熱開始タイミングを確実に把握することができる。
【００２０】
また、本発明の他態様として、対流領域と下方領域との境界近傍に、対流領域の熱媒体の温度を測定する第一温度検出手段と、下方領域の熱媒体の温度を測定する第二温度検出手段とを備え、第二ヒータは、第一温度検出手段及び第二温度検出手段の検知結果から得られる対流領域の熱媒体及び下方領域の熱媒体の温度差が予め設定した温度差以上になった状態で、熱媒体の加熱を開始するように設定されてなる。このようにすれば、対流領域及び下方領域の熱媒体の温度を直接計測することになるので、これらの温度差についても正確なものとなり、第二ヒータを加熱させるタイミングを適切に把握することができる。
【００２１】
さらに、本発明の他の態様として、減圧空間内の圧力を計測する圧力検出手段を備え、第二ヒータは、圧力検出手段の検知結果が予め設定した圧力以上になった状態で、熱媒体の加熱を開始するように設定されてもよい。つまり、減圧空間内の圧力上昇は、第一ヒータによって加熱された熱媒体からの放熱によるものであるので、減圧空間内の圧力と第一ヒータによって加熱された熱媒体の温度との間には相関関係があるので、第二ヒータの加熱開始タイミングを把握することができる。その上、減圧空間内の圧力が過剰に上昇しているかどうかを把握することができ、安全対策にも活用することができる。
【００２２】
本発明に係る減圧式熱交換装置における加熱制御方法は、液状の熱媒体を収容するタンクと、該タンク内の熱媒体を加熱する加熱装置と、熱媒体の液面を境にして前記タンク内に形成される減圧空間に内装され、一次側から供給される液状の被熱交換体を熱交換して二次側に送り出す熱交換部とを備えた減圧式熱交換装置における加熱制御方法であって、熱媒体に浸漬された加熱装置の第一ヒータで液面を含む上部領域の熱媒体を所定温度まで加熱した後、該第一ヒータで加熱された熱媒体の対流領域よりも下方領域の熱媒体を、第一ヒータよりも下方で熱媒体に浸漬された加熱装置の第二ヒータで加熱するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
かかる減圧式熱交換装置における加熱制御方法によれば、第一ヒータで上部領域の熱媒体を加熱すると、第一ヒータの周辺の熱媒体に対流が発生し、温度上昇に伴ってその対流する領域（対流領域）の範囲が広がることになる。そして、熱媒体が所定温度になると、熱媒体の対流領域は、第一ヒータの熱流束及びタンクの容量（例えば、内径）に相関関係のある範囲で留まり、タンク内の熱媒体には、所定温度に加熱された対流領域（加熱領域）が形成されると共に、該対流領域の下方に第一ヒータの加熱に影響を受けていない下方領域（非加熱領域）が形成されることになる。そうすると、対流領域の熱が液面を介して減圧空間に放散されることになり、この熱の放散に伴って熱交換部が加熱され、熱交換部を一次側から二次側に向けて流通する被熱交換体が、圧力低下を生じさせることなく熱交換されることになる。
【００２４】
従って、タンク内の熱媒体全体を加熱することなく液面を含んだ上部領域の熱媒体のみが加熱されるので、第一ヒータでの消費エネルギーを抑えることができると共に、短時間の加熱で熱媒体を所定温度まで加熱して被熱交換体に対する熱交換可能な状態にすることができる。また、第一ヒータは、液面を含む上部領域の熱媒体を加熱するように熱媒体に浸漬されているので、加熱時に発生する気泡の崩壊速度が遅くなる物理的条件下にあり、気泡崩壊に伴う騒音の発生を防止することができる。即ち、該減圧式熱交換装置の加熱制御方法は、第一ヒータで上部領域の熱媒体を加熱するように構成されているので、第一ヒータが熱媒体に浸漬されているも、熱媒体による圧力作用の小さい位置で該熱媒体が加熱することになる。これにより、熱媒体の飽和温度の上昇が抑えられて伝熱面サブクール度が小さくなって気泡が凝縮しにくくなるため、該気泡の崩壊速度が遅くなり、気泡崩壊に伴う衝撃エネルギーを小さくして騒音発生を抑制することができる。
【００２５】
さらに、該減圧式熱交換装置の加熱制御方法は、上述の如く、第一ヒータで熱媒体を所定温度まで加熱した状態で、第二ヒータが下方領域の熱媒体に対する加熱を開始する。そうすると、前記対流領域及び下方領域の熱媒体が一体的に対流し、第一ヒータで加熱された熱媒体の量よりも多い熱媒体が加熱されることになる。つまり、第二ヒータは、対流領域よりも下方領域で熱媒体を加熱するように配置されているので、該第二ヒータの加熱による対流は、加熱位置から下方に向けて対流する範囲よりも、加熱位置から上方に向けて対流する範囲の方が極めて広くなり、当該対流は第一ヒータの加熱により形成された対流領域にも及ぶことになる。このため、大量の熱媒体が加熱されることになり、熱媒体に大量の熱エネルギーを蓄えることができ、第一及び第二ヒータによる加熱を停止しても、熱媒体の蓄熱で被熱交換体に対する熱交換を行うことができる。また、第二ヒータで熱媒体を加熱する際には、上部領域の熱媒体が既に所定温度にまで加熱されているので、第二ヒータにおいても大量の熱媒体を常温から所定温度まで加熱することがなく、熱媒体に対する加熱における消費エネルギーを抑えることができる。
【００２６】
また、第二ヒータで熱媒体の加熱を開始するときには、既に第一ヒータの加熱によって、対流領域が所定温度まで加熱されると共に、熱媒体の熱放散で減圧空間の圧力が上昇している傾向にあるため、第二ヒータで熱媒体を加熱して気泡が発生しても、その気泡の崩壊速度が遅くなり、気泡崩壊による衝撃波が小さく或いはなくなることになる。これにより、気泡崩壊による騒音を抑えた上で、タンク内の熱媒体全体が加熱されることになる。つまり、該減圧式熱交換装置の加熱制御方法は、第一ヒータで液面を含む上部領域の熱媒体を加熱し、その液面を含んだ対流領域（加熱領域）を加熱して減圧空間の温度及び圧力を上昇させることで、減圧空間の圧力を熱媒体に作用させて飽和状態を抑え、下方領域を第二ヒータで加熱する際の気泡の崩壊速度が低下する物理的環境を形成して騒音の発生を抑制するように構成されている。
【００２７】
従って、上記構成の減圧式熱交換装置の加熱制御方法は、緊急時であっても騒音発生を抑制した上で、短時間で被熱交換体（水）を加熱状態にし、該被熱交換体を圧力低下させずに連続供給することができ、緊急時以外の通常時においては、騒音の発生を抑えた上で熱媒体に蓄熱し、ヒータにより加熱を行わなくてもその熱媒体に蓄えた熱で被熱交換体に対する熱交換を行うことができるので、例えば、低価格に設定された深夜電力を主として活用すると共に緊急時に通常価格の昼夜電力を併用することが推奨される家庭用電気温水器等に採用するのに最適である。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明に係る減圧式熱交換装置によれば、熱媒体の加熱で消費されるエネルギーを抑えると共に、熱媒体の加熱に伴う騒音発生を抑え、加熱した被熱交換体を必要に応じて迅速、且つ連続的に供給することができるという優れた効果を奏し得る。
【００２９】
また、本発明に係る減圧式熱交換装置の加熱制御方法によれば、熱媒体の加熱で消費されるエネルギーを抑えると共に、熱媒体の加熱に伴う騒音発生を抑え、加熱した被熱交換体を必要に応じて迅速、且つ連続的に供給することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の減圧式熱交換装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。尚、本実施形態において、本発明に係る減圧式熱交換装置を家庭用電気温水器に採用した場合を一例に挙げて説明することにする。
【００３１】
本実施形態に係る家庭用電気温水器は、図１に示す如く、液状の熱媒体Ｗｍ（本実施形態においては水：以下、蓄熱用水という）を収容するタンク１と、該タンク１内の蓄熱用水Ｗｍを加熱する加熱装置２と、蓄熱用水Ｗｍの液面ＷＬを境にして前記タンク１内に形成される空間Ａに内装され、一次側から供給される液状の被熱交換体を熱交換して二次側に供給する（送り出す）熱交換部３とを備えている。
【００３２】
前記タンク１は、両端開口が閉塞した円筒状に形成されており、中心線が略垂直になるように設置すべく、下端開口を閉塞した底部１０ｂに脚１０ｄが設けられている。該タンク１の周壁１０ａ、底部１０ｂ及び天部１０ｃは、タンク１の外形を構成する外層（図示しない）と、タンク１の内形を構成する内層（図示しない）と、外層と内層との間に形成された発砲層からなる中間層（図示しない）とで積層構造をなし、断熱性が高められている。
【００３３】
該タンク１の底部１０ｂには、当該タンク１内に蓄熱用水Ｗｍを供給する、或いはタンク１内の蓄熱用水Ｗｍを排出するためのバルブ１１が設けられている。さらに、該タンク１は、他端開口を閉塞した天部１０ｃに、安全装置としての溶解栓１２が設けられている。この溶解栓１２は、タンク１内が所定の温度以上に上昇した際に、該熱によって溶解してタンク１内と外部とを連通させ、タンク１内における過剰な温度上昇、及び過剰の圧力上昇による事故発生を防止すべく設けられている。さらに、タンク１の上部（本実施形態においては天部１０ｃ）には、タンク１内に形成された前記空間Ａの空気を排出して減圧させる減圧装置１３（減圧ポンプ）が設けられている（以下、減圧した空間Ａを減圧空間という）。
【００３４】
前記加熱装置２は、タンク１内に貯留した蓄熱用水Ｗｍの上部の領域Ａｕ（以下、上部領域という）を加熱する第一ヒータＨ１と、該第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを加熱することで対流が生じる領域Ａｃ（以下、対流領域という）よりも下方の領域Ａｄ（以下、下方領域という）に位置する蓄熱用水Ｗｍを加熱する第二ヒータＨ２とで構成されている。
【００３５】
第一ヒータＨ１は、棒状の電気ヒータが採用されており、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍの上部領域Ａｕに浸漬するように設けられている。本実施形態において、第一ヒータＨ１は、加熱時に形成される対流領域Ａｃの範囲をできる限り狭め、且つ短時間で蓄熱用水Ｗｍから液面ＷＬよりも上方の空間Ａ内に放熱させるべく、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍの液面ＷＬに極力近づけるように配置されると共に、タンク１内で蓄熱用水Ｗｍを円滑に対流させるべく、タンク１の中心線と略直交して配置されている。
【００３６】
第二ヒータＨ２は、棒状の電気ヒータが採用されており、第一ヒータＨ１よりも下方でタンク１内の蓄熱用水Ｗｍに浸漬するよう設けられている。具体的に説明すると、該第二ヒータＨ２は、第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを所定温度（本実施形態においては７０℃〜９５℃）まで加熱した際に、該蓄熱用水Ｗｍが対流する領域（以下、対流領域Ａｃという）よりも下方で蓄熱用水Ｗｍを加熱することができるように、対流領域Ａｃと該対流領域Ａｃよりも下方の非対流領域（下方領域Ａｄ）との境界Ｂよりも下方に位置するように配置されると共に、第一ヒータＨ１と同様に、タンク１内で蓄熱用水Ｗｍを円滑に対流させるべく、タンク１の中心線と略直交して配置されている。
【００３７】
第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを所定温度まで加熱した際の対流領域Ａｃの範囲は、タンク１の内径と第一ヒータＨ１の熱流束との相関関係から導きだすことができるので、算出結果に基づき、第二ヒータＨ２の配置（対流領域Ａｃよりも下方位置）が決定されている。尚、第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを所定温度まで加熱した際の対流領域Ａｃの範囲は、上述の如く導き出せるが、実際に対流領域Ａｃの範囲を測定し、第二ヒータＨ２の配置を決定するようにしても勿論よい。
【００３８】
熱交換部３は、熱伝導率の高い材料からなる筒体（例えば、銅管やアルミ管等）を複数個所で折り返しされて構成されている。該熱交換部３は、一端開口部が一次側の配管Ｐａ（水道管）に流体的に接続され、被熱交換体である水Ｌｃを供給できるように構成されており、他端開口部が二次側の配管Ｐｂ（家屋内の配管：例えば、台所や風呂場、床暖房等への配管）に接続され、熱交換（加熱）された被熱交換体である温水Ｌｈを排出（家屋内等に供給）できるように構成されている。
【００３９】
さらに、本実施形態の家庭用電気温水器には、減圧空間Ａ内の温度を計測する温度検出手段（第一温度センサー）４０ａと、下方領域Ａｄの蓄熱用水Ｗｍの温度を検出する温度検出手段（第二温度センサー）４０ｂとが設けられており、該第一温度センサー４０ａの検出結果に基づき、第二ヒータＨ２の加熱を開始し、第二温度センサー４０ｂの検出結果に基づき、第二ヒータＨ２の加熱を停止するように制御されている。
【００４０】
具体的に説明すると、該家庭用電気温水器は、第一ヒータＨ１でタンク１内における上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを加熱し、該蓄熱用水Ｗｍが所定温度になってからでないと第二ヒータＨ２が加熱を開始しないように構成されており、この第二ヒータＨ２の加熱開始条件を認識すべく、減圧空間Ａの温度を検出する第一温度センサー４０ａが設けられている。つまり、減圧空間Ａは減圧ポンプ１３の駆動により所定の減圧状態となるので、該減圧空間Ａの温度と上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍの温度とが相関関係にあり、減圧空間Ａの温度を測定することで、上部領域Ａｕ（対流領域Ａｃ）の蓄熱用水Ｗｍが何℃であるか把握するようになっている。
【００４１】
本実施形態に係る家庭用電気温水器は以上の構成からなり、次に、該家庭用電気温水器の作動について説明する。
【００４２】
上記構成の家庭用電気温水器で温水Ｌｈを供給するには、まず、第一ヒータＨ１で予め上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを所定温度（例えば、７０℃〜９５℃程度）まで加熱してから、第二ヒータＨ２で下方領域Ａｄの温度を加熱する。このように第一ヒータＨ１で上部の蓄熱用水Ｗｍを加熱すると、図２（イ）に示す如く、上部の蓄熱用水Ｗｍに対流が発生し、液面ＷＬから減圧空間Ａに熱が放散され、該熱で熱交換部３を流通する水Ｌｃに対して熱交換（加熱）し、その水Ｌｃを温水Ｌｈにして二次側に向けて供給できる状態となる。尚、流体（蓄熱用水Ｗｍ）の流動様相によって算出結果が異なるが、熱交換部３が減圧（陰圧）状態にある減圧空間Ａに内装されているため、該家庭用電気温水器は、大気圧下での熱伝導率よりも高い熱伝導率（実用設計においては、大気圧下に比して約３倍〜１０倍の熱伝導率）を得ることができ、液面ＷＬからの放熱が短時間で熱交換部３を流通する水に伝達されることになる。
【００４３】
また、第一ヒータＨ１は、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍの上部領域Ａｕにあるため、蓄熱用水Ｗｍの重量による圧力がさほど影響しておらず、これにより加熱時に発生する気泡の崩壊速度を遅くすることができる。このため、気泡の崩壊時における衝撃エネルギーが極めて小さくなり、従来の減圧式熱交換装置で問題となっていた金属音の如き騒音の発生が抑制されることになる。
【００４４】
この状態において、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍは、所定温度になった液面ＷＬを含む対流領域Ａｃ（加熱領域）と、該対流領域Ａｃの下方で第一ヒータＨ１の加熱の影響を受けていない下方領域Ａｄ（非加熱領域）との二層をなすことになる。そして、第一ヒータＨ１の加熱で対流領域Ａｃ（蓄熱用水Ｗｍ）が所定温度になると、第一温度センサー４０ａの検出結果に基づいて、第一ヒータＨ１の加熱が停止される一方で、第二ヒータＨ２が下方領域Ａｄの蓄熱用水Ｗｍを加熱し始め、下方領域Ａｄ（非加熱領域）が対流し始める。尚、第二ヒータＨ２で加熱を開始するに際し、第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを引き続き加熱するようにしてもよい。
【００４５】
その結果、図２（ロ）に示す如く、第二ヒータＨ２の加熱による対流は、非加熱領域Ａｄから前記対流領域Ａｃにまで及ぶことになり、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍ全体が対流することになる。この際、既に第一ヒータＨ１の加熱で減圧空間Ａが加熱されているので、該減圧空間Ａの圧力が上昇する傾向にあり、該減圧空間Ａの圧力上昇、及び対流領域Ａｃの加熱状態が起因して第二ヒータＨ２の加熱に伴う騒音の発生が抑制されている。即ち、第二ヒータＨ２が蓄熱用水Ｗｍの加熱を開始するときには、既に第一ヒータＨ１の加熱によって、対流領域Ａｃが所定温度まで加熱され、これに伴って蓄熱用水Ｗｍからの放熱で減圧空間Ａの圧力が上昇している傾向にあるため、第二ヒータＨ２で蓄熱用水Ｗｍを加熱して気泡が発生しても、その気泡の崩壊速度が遅くなり、気泡崩壊による衝撃波が小さくなる。これにより、第二ヒータＨ２の加熱に伴って発生する気泡の崩壊による騒音が抑制されることになる。
【００４６】
そして、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍ全体が所定温度になると、蓄熱用水Ｗｍ全体に熱エネルギーが蓄えられた状態になり、第二ヒータＨ２による加熱が停止される。この状態で、第一ヒータＨ１及び第二ヒータＨ２で蓄熱用水Ｗｍを加熱しなくても、蓄熱用水Ｗｍ全体に蓄えられた熱（熱エネルギー）の放散により、減圧空間Ａを所定温度に維持され、蓄熱用水Ｗｍの温度が低下するまで熱交換部３を流通する水Ｌｃを温水Ｌｈにすることができる。尚、本実施形態においては、上述の如く、タンク１が断熱性（保温性）を有するため、長時間に亘る熱交換が達成される。
【００４７】
そして、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍの温度が低下した状態で、温水Ｌｈの供給が要求される場合には、第一ヒータＨ１がタンク１内の蓄熱用水Ｗｍを加熱し始める。そうすると、上述の如く、図２（イ）に示す如く、蓄熱用水Ｗｍの上部領域Ａｕが対流し始め、上部の蓄熱用水Ｗｍに対流が発生し、液面ＷＬから減圧空間Ａに熱が放散され、該熱が熱交換部３を介して蓄熱用水Ｗｍに対する熱交換（加熱）が行われ、短時間で温水を二次側に向けて供給できる状態となる。即ち、該家庭用電気温水器は、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍ全体の温度が熱交換可能の温度低下になった状態から、熱交換可能な状態にするのに、タンク１全体の蓄熱用水Ｗｍを所定温度にまで加熱するのではなく、第一ヒータＨ１で上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍのみが所定温度まで加熱されるので、緊急時であっても極めて短時間で温水Ｌｈを供給できる状態にすることができる。尚、第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを加熱する際の騒音発生は、上述の立ち上げ時と同様に抑制されている。
【００４８】
そして、上述の如く、対流領域Ａｃの温度が所定温度になったと第一温度センサー４０ａが検出すると、第一ヒータＨ１の加熱が停止される一方で、第二ヒータＨ２が下方領域Ａｄの蓄熱用水Ｗｍを加熱し、上述の如くタンク１内の蓄熱用水Ｗｍに蓄熱されることになる（図２（ロ）参照）。尚、低価格に設定された深夜電力と通常価格の昼夜電力とを併用する場合、深夜電力を極力活用する方が経済的であるので、緊急時が昼夜に発生した場合、第一ヒータＨ１の加熱で緊急時の温水Ｌｈを供給した後、第二ヒータＨ２に加熱を開始させずに第一ヒータＨ１の加熱を停止し、低価格の深夜電力を活用できる時間帯になった時に、上述した立ち上げと同様にタンク１内の蓄熱用水Ｗｍを加熱するように制御すればより経済的である。このような加熱制御は、熱交換部３、一次側の配管Ｐａ、熱交換部３、或いは二次側の配管Ｐｂの何れかに流量センサー、或いは圧力センサー等を設け、そのセンサーの検出結果と時計の時刻との関連付けで、第一ヒータＨ１の加熱後にすべてのヒータの加熱を停止するか、第二ヒータＨ２の加熱を開始させるか判断して実行させるように制御すればよい。
【００４９】
以上のように、該家庭用電気温水器は、深夜電力によってタンク１内の熱媒体に熱エネルギーを蓄え、その蓄熱された熱エネルギーで熱交換を行って一日の大半で使用する温水Ｌｈを供給し、このエネルギー消費に伴って熱媒体の温度が低下した状態で、温水Ｌｈを必要とする場合には、深夜電力或いは通常料金の昼夜電力で第一ヒータＨ１を加熱させれば、必要に応じて温水Ｌｈを供給することができ、消費電力（消費エネルギー）を必要最小限に抑えて電気料金の高騰を抑えることができ、その上、第一ヒータＨ１及び第二ヒータＨ２の何れで熱媒体を加熱するに際しても、騒音の発生を抑制できるといったメリットがある。
【実施例１】
【００５０】
発明者は、本発明の一実施例に係る減圧式熱交換装置のモデルを作成し、上述した作用、及び効果についての確認実験を行った。以下にその結果について説明する。尚、上記実施形態に係る家庭用電気温水器の構成に対して同一、或いは相当する構成については同一名称及び同一符号を付すこととする。
【００５１】
減圧式熱交換装置のモデルは、図３に示す如く、所定量に蓄熱用水Ｗｍを充填して両端を閉塞し、中心線が略垂直になるように設置した筒状のタンク１と、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍを加熱する加熱装置２と、タンク１内の空間Ａに収容し、一次側から供給される水Ｌｃを加熱して二次側に温水Ｌｈとして供給する熱交換部３とを備えている。
【００５２】
該モデルのタンク１は内径がφ１６５ｍｍで高さ（内寸法高さ）が１６００ｍｍに設定され、タンク１の底面から１２３０ｍｍのところに液面ＷＬが位置するように熱媒体としての蓄熱用水Ｗｍを充填した。そして、このモデルの加熱装置２として、タンク１の底面から１１６０ｍｍ（液面ＷＬから約７０ｍｍ）のところに電気ヒータからなる第一ヒータＨ１を設けると共に、タンク１の底面から１６０ｍｍのところに電気ヒータからなる第二ヒータＨ２を設け、第一ヒータＨ１と第二ヒータＨ２との間隔を１０００ｍｍに設定した。尚、該モデルは、上述の如く、作用、効果について確認実験のためのものであるので、蓄熱用水Ｗｍの温度上昇等を確実に把握すべく、第一ヒータＨ１及び第二ヒータＨ２のそれぞれに出力Ｑ＝１５５ｋｗ／ｍ2（出力１００％時）のものを採用し、時間をかけて蓄熱用水Ｗｍを加熱した。
【００５３】
さらに、該モデルのタンク１の天部１０ｃに減圧ポンプ１３を設けると共に、蓄熱用水Ｗｍの液面ＷＬを境にして形成された空間Ａ（減圧空間Ａ）内の圧力を測定する圧力計を設置した。尚、前記空間Ａを真空に近づけることが好ましいが、本実施例においては、初期の段階（蓄熱用水Ｗｍの加熱を開始する前）に前記空間Ａを略真空（実際には、２５℃で３ｋＰａ程度）に減圧するようにした。さらに、貯留した蓄熱用水Ｗｍの各位置での温度を計測すべく、複数の温度センサーＴ１，Ｔ２，Ｔ３…をタンク１の中心線方向に間隔をおいて配置した。具体的には、最下の温度センサーＴ１をタンク１の底面から上方に向けて６５ｍｍの位置に配置し、この温度センサーＴ１を基準にして複数の温度センサーＴ２，Ｔ３，…をタンク１の中心線方向に１２５ｍｍ間隔で配置した。熱交換部３は、上記実施形態で説明したものと同様のものである。
【００５４】
まず、第二ヒータＨ２のみで蓄熱用水Ｗｍを加熱した場合、即ち、従来の減圧式熱交換装置と同様に蓄熱用水を加熱した場合について説明すると、第二ヒータＨ２の加熱により、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍ全体に対流が発生し、図４に示す如く、蓄熱用水Ｗｍ全体が均一に（蓄熱用水Ｗｍの深さに関係なく均一に）加熱され、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍの温度は、時間経過に伴って全体的に上昇する傾向にある。つまり、第二ヒータＨ２でタンク１内の蓄熱用水Ｗｍを加熱した際には、タンク１の中心線方向における各位置（各深さ位置）での蓄熱用水Ｗｍの温度に大きな変化が見られず、蓄熱用水Ｗｍの全体が略均一に温度上昇する傾向にある。この第二ヒータＨ２の加熱による気泡の発生乃至崩壊に伴う騒音レベルは、図５に示す如く、第二ヒータＨ２で加熱開始から約１３５分間において約７０乃至７５ｄＢにまで達し、その後において沈静化する傾向にあった。
【００５５】
次に、第一ヒータＨ１のみで蓄熱用水Ｗｍを加熱した場合、即ち、本発明の減圧式熱交換装置を立ち上げる際、或いは緊急時に蓄熱用水Ｗｍを加熱する場合について説明すると、第一ヒータＨ１の加熱によって蓄熱用水Ｗｍに対流が発生し、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍは、図６に示す如く、液面ＷＬから約６００ｍｍまでの範囲内が所定温度まで温度上昇して加熱領域Ａｃ（対流領域）が形成された。つまり、第一ヒータＨ１が液面ＷＬ近傍に配置されているため、第一ヒータＨ１で上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを加熱すると、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍは、境界Ｂを介して第一ヒータＨ１の加熱によって熱影響を受ける加熱領域（対流領域Ａｃ）と、第一ヒータＨ１による加熱の影響を受けずに温度上昇しない非加熱領域（下方領域Ａｄ）との完全な二層をなした。
【００５６】
尚、発明者は、第一ヒータＨ１の熱流束が大きい場合と、熱流束の小さい場合との対流領域Ａの形成範囲が如何に違うかを確かめるべく、第一ヒータＨ１の出力を１００％にした状態から出力を７５％、５０％、２５％に下げ、各出力による加熱で形成される加熱領域（対流領域Ａｃ）の範囲を確認した。その結果、図７に示す如く、対流領域Ａｃの形成される範囲は、第一ヒータＨ１の出力（熱流束）を小さくするにつれ、対流領域Ａｃの形成範囲は狭く（深さ方向に浅く）なる傾向にあった。これにより、熱流束の小さなヒータでは、該第一ヒータＨ１の設置位置より下方側の蓄熱用水Ｗｍに熱を伝えるのに限界があり、液面を含んだ狭い範囲でしか蓄熱用水Ｗｍを加熱することができないことが判った。
【００５７】
そして、第一ヒータＨ１の加熱よって液面ＷＬから放散される熱による減圧空間Ａの圧力（実際には水蒸気圧）は、加熱時間の経過に伴って二次曲線的に上昇する。この第一ヒータＨ１の加熱による気泡の発生乃至崩壊に伴う騒音レベルは、図８に示す如く、加熱開始から加熱を停止するまでの間（第一ヒータＨ１のみの加熱時間であって、本実施例においては約８５分間）、約４０ｄＢを推移しており、非常に静かであった。
【００５８】
そして、第一ヒータＨ１を加熱したまま熱交換部３に水Ｌｃを流量Ｑ＝１リットル／ｍｉｎで流通させて熱交換を開始させると、図６に如く、前記対流領域Ａｃと下方領域Ａｄとの境界Ｂの位置が維持されたまま、対流領域Ａｃの温度状態が維持されて熱交換部３で水Ｌｃが加熱される。その一方で、第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを所定時間（約７０分）加熱した後にその加熱を停止し、熱交換部３に水Ｌｃを流量Ｑ＝１リットル／ｍｉｎで流通させて熱交換を開始させると、図９に如く、前記対流領域Ａｃと下方領域Ａｄとの境界Ｂの位置が維持されたまま、熱交換に伴って対流領域Ａｃの蓄熱用水Ｗｍの温度のみが均一に低下している。これからも明らかなように、第一ヒータＨ１による加熱は、見かけ上、蓄熱用水Ｗｍの貯留量が少ない小型温水器で該蓄熱用水Ｗｍを加熱しているのと同じであることが判った。
【００５９】
そして、第一ヒータＨ１で蓄熱用水Ｗｍを所定温度にまで加熱した状態で、第一ヒータＨ１の加熱を停止して第二ヒータＨ２で蓄熱用水Ｗｍを加熱すると、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍ全体が対流し、図１０に示す如く、蓄熱用水Ｗｍの全体が略均一に温度上昇する傾向にある。この第二ヒータＨ２の加熱による気泡の発生乃至崩壊に伴う騒音レベルは、図１１に示す如く、加熱初期（第二ヒータＨ２が加熱を開始した初期段階）において約５５ｄＢであり、その後において沈静化する傾向にあった。つまり、第一ヒータＨ１で上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを所定温度（例えば、７０℃〜９５℃程度）にまで加熱した状態で第二ヒータＨ２で下方領域Ａｄの蓄熱用水Ｗｍを加熱することで、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍ全体を加熱する際の騒音レベルが、上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを加熱することなく第二ヒータＨ２のみで蓄熱用水Ｗｍを加熱した際の騒音レベルに比して約１０分の１になった。尚、発明者は、第二ヒータＨ２の配置が騒音の抑制に如何に効果的であるか確認すべく、第二ヒータＨ２を、液面ＷＬから６００ｍｍ以内の位置（対流領域Ａｃ内であって第一ヒータＨ１から４００ｍｍ以内の位置）に配置して、上記と同様の実験を行ったが、騒音レベルは低下しなかった。換言すれば、本実施例におけるモデルにおいては、第一ヒータＨ１と第二ヒータＨ２との間隔を４００ｍｍ以上にしなければ、騒音レベルを抑制することができなかった。このことからも明らかなように、第一ヒータＨ１の加熱による対流領域Ａｃより下方に第二ヒータＨ２を配置することで、第二ヒータＨ２の加熱に伴って発生する気泡の崩壊による騒音レベルを効率的に低下させることを確認した。
【００６０】
以上の実験結果からも明らかなように、本発明に係る減圧式熱交換装置は、熱媒体の加熱で消費されるエネルギーを抑えると共に、熱媒体の加熱に伴う騒音発生を抑え、加熱した被熱交換体を必要に応じて迅速、且つ連続的に供給することができるという優れた効果を奏し得る。
【００６１】
尚、本発明の減圧式熱交換装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６２】
上記実施例は、あくまでも本発明の作用、効果を確認するために行ったものであり、タンク１の寸法、温度センサーの配置、第一及び第二ヒータＨ２の配置はこれに限定されるものではなく、熱交換に必要な熱エネルギーを蓄熱用水Ｗｍ（熱媒体）に蓄えることができるように、タンク１の寸法、ヒータ容量、ヒータの配置等を適宜設定するようにすればよい。
【００６３】
上記実施形態において、熱媒体として蓄熱用水Ｗｍを採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、オイル等を熱媒体に採用しても勿論よい。
【００６４】
上記実施形態において、第一ヒータＨ１及び第二ヒータＨ２に電気ヒータを採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、蒸気を流通させることで加熱するように構成されたヒータや、燃料を燃焼させることで加熱するヒータ（例えば、バーナーを内装したヒータ）等の種々のヒータを採用することができる。
【００６５】
上記実施形態において、減圧空気内の温度を第一温度センサー４０ａで検出し、この第一温度センサー４０ａの検出結果に基づいて対流領域Ａｃにおける蓄熱用水Ｗｍの温度を推定し、その結果に基づいて第二ヒータＨ２の加熱を開始させるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、上述の如く、第一ヒータＨ１の加熱による対流領域Ａｃの範囲は、ヒータの熱流束とタンク１の内径から導き出したり、実測によって認識することができるので、その対流領域Ａｃになる領域内に温度センサーを配置し、その温度センサーの検出結果に基づいて第二ヒータＨ２の加熱を開始させるようにしてもよい。
【００６６】
また、上述の如く、対流領域Ａｃとこれに下方に位置する非加熱領域とで二層構造となるので、対流領域Ａｃとなる領域内に第一温度センサー４０ａを配置すると共に、非加熱領域となる領域内に第二温度センサー４０ｂを配置し、該第一及び第二センサーの検出結果が所定の温度差以上になった際に、第二ヒータＨ２を加熱させるようにしてもよい。
【００６７】
さらに、減圧空間内の圧力を検出する圧力センサーの検出結果に基づいて第二ヒータＨ２の加熱を開始させるようにしてもよい。つまり、減圧空間Ａは、上述の如く減圧されているので、熱媒体からの放熱による温度上昇と熱媒体の温度（液面ＷＬ近傍の熱媒体の温度）とに相関関係があり、減圧空間Ａ内の圧力に基づいて熱媒体の温度を推定し、その結果に基づいて第二ヒータＨ２の加熱を開始させるようにしてもよい。このように、圧力センサーを設けると、減圧空間Ａ内における圧力状況についても当然に認識することができ、過剰な圧力上昇を未然に防止することができ、安全対策の観点からも有効である。当然に、上述した温度センサーを設けると共に、減圧空間Ａ内の圧力状態を監視するための圧力センサーを設けるようにしても勿論よい。
【００６８】
上記実施形態において、タンク１を両端を封止した円筒状に構成したが、これに限定されるものではなく、両端を封止した角筒状に構成するようにしてもよい。但し、蓄熱用水Ｗｍの対流性を考慮すれば、上記実施形態と同様に円筒状に形成することが好ましい。
【００６９】
上記実施形態において、タンク１内の蓄熱用水Ｗｍを加熱する加熱装置２を、上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを加熱する第一ヒータＨ１と、下方領域Ａｄの蓄熱用水Ｗｍを加熱する第二ヒータＨ２との二つのヒータで構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、タンク１の深さを更に深くし、第二ヒータＨ２よりも下方に少なくとも一つ以上のヒータを更に設けるようにしてもよい。この場合においも、第二ヒータＨ２は、第一ヒータＨ１の加熱による対流領域Ａｃよりも下方に配置し、第一ヒータＨ１で上部領域Ａｕの蓄熱用水Ｗｍを所定温度に加熱した状態で、第二ヒータＨ２の加熱を開始させるようにすることは勿論のこと、その他のヒータは、第二ヒータＨ２の対流領域よりも下方に配置して第二ヒータＨ２が蓄熱用水Ｗｍを所定温度まで加熱した後に蓄熱用水Ｗｍの加熱を開始するようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の減圧式熱交換装置は、家庭用電気温水器を初めとして、種々の分野での熱交換装置として利用することができる。
また、本発明の減圧式熱交換装置における加熱制御方法は、家庭用電気温水器を初めとして、種々の分野での熱交換装置の加熱制御方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる家庭用電気温水器の縦断面図を示す。
【図２】同実施形態に係る家庭用電気温水器で熱交換する際の蓄熱用水の状態を示す状態図であって、（イ）は、第一ヒータのみで蓄熱用水を加熱している状態を示し、（ロ）は、第一ヒータを停止して第二ヒータで蓄熱用水を加熱している状態を示す。
【図３】本発明の実施例（本発明の作用及び効果の確認実験）に用いた減圧式熱交換装置の斜視図を示す。
【図４】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第二ヒータのみで蓄熱用水を加熱した際の、加熱時間と蓄熱用水の温度との関係のグラフを示す。
【図５】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第二ヒータで蓄熱用水の加熱時間と騒音レベルとの関係のグラフを示す。
【図６】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第一ヒータのみで蓄熱用水の加熱時間と蓄熱用水の温度との関係のグラフを示す。
【図７】上記実施例において、第一ヒータの出力（熱流束）と対流領域との関係を表すグラフを示す。
【図８】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第一ヒータで蓄熱用水の加熱時間と騒音レベルとの関係のグラフを示す。
【図９】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第一ヒータのみで蓄熱用水を所定温度まで加熱した後に、第一ヒータの加熱を停止させた状態で、熱交換部で水（被熱交換体）に対する熱交換を行った際の蓄熱用水の温度変化を表したグラフを示す。
【図１０】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第一ヒータのみで蓄熱用水を所定温度まで加熱した後に、第一ヒータの加熱を停止させた状態で、第二ヒータで蓄熱用水を加熱した際の蓄熱用水の温度変化を表したグラフを示す。
【図１１】上記実施例から得られた結果をグラフ化したものであって、第一ヒータのみで蓄熱用水を所定温度まで加熱した後に第一ヒータの加熱を停止させ、その状態で第二ヒータで蓄熱用水を加熱した際の騒音レベルについてのグラフを示す。
【図１２】従来の減圧式熱交換装置の縦断面図を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１…タンク、２…加熱装置、３…熱交換部、１０ａ…周壁、１０ｂ…底部、１０ｃ…天部、１１…バルブ、１２…溶解栓、１３…減圧ポンプ、４０ａ…第一温度センサー、４０ｂ…第二温度センサー、Ａ…減圧空間（空間）、Ａｃ…対流領域、Ａｕ…上部領域、Ａｄ…下方領域（非加熱領域）、Ｐａ…一次側の配管、Ｐｂ…二次側の配管、Ｈ１…第一ヒータ、Ｈ２…第二ヒータ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…温度センサー、ＷＬ…液面、Ｗｍ…蓄熱用水：熱媒体、Ｌｃ…水：非加熱状態の被熱交換体、Ｌｈ…温水：加熱された被熱交換体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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